Diseño de ingeniería de un sensor optoquímico orientado a zonas rurales de Colombia para la cuantificación de la concentración de electrolitos séricos sodio y potasio (2020)
El presente documento expone un trabajo de integración que finalizó en el diseño ingenieril conceptual, detallado e industrial, y la evaluación a través de plataformas de simulación de un sensor optoquímico orientado a zonas rurales de Colombia para la cuantificación de la concentración de los electrolitos séricos sodio y potasio. El producto entregado contempla la materialización de la estructura de la sección de cuantificación, el diseño y la implementación de un sistema de control para la regulación de la temperatura de la muestra, y el diseño de un cartucho desechable que está conformado por una membrana de ajuste de pH, una membrana ion-selectiva y una membrana de filtrado, incorporadas en un canal de microfluido. El prototipo y el canal de microfluido se diseñaron en la plataforma Fusion360, y el sistema de control se diseñó en la plataforma Matlab-Simulink. La relación de las magnitudes obtenidas del circuito de medida y las concentraciones de los electrolitos, se estableció a partir de las ecuaciones de caracterización del comportamiento del sistema expuestas en la literatura. Las simulaciones de los subsistemas se desarrollaron haciendo uso de COMSOL, Proteus y Arduino. Se logró el diseño de un sensor optoquímico que cuantifica la concentración de potasio y sodio en un rango de 2 a 9mM/L con una resolución de 0.007mM/L y en un rango de 100 a 180mM/L con una resolución de 0.08mM/L. El instrumento de medida diseñado posee una incertidumbre de 5mM/L para el sodio y de 0.06mM/L para el potasio. Se obtuvo el diseño de una membrana que filtra el 79.34% del total de las células sanguíneas en un tiempo de 2s; un canal de microfluido en forma de -T- para el desplazamiento de la muestra en un tiempo de 4 minutos; y un sistema de control que garantiza que la temperatura de la muestra alcance el setpoint (37 \textcelsius) en un tiempo aproximado de 140s, con un sobrepico máximo de 8.30% y se mantenga. Finalmente, se desarrollo un manual con las especificaciones de uso y mantenimiento del prototipo.